单片机ATC简介学习.pptx
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1、教学目标教学目标 1.总体了解总体了解AT89C51单片机内部结构。单片机内部结构。2.熟悉熟悉AT89C51单片机单片机40个引脚及其功能。个引脚及其功能。3.熟悉熟悉AT89C51三个不同存储空间配置及地址三个不同存储空间配置及地址范范 围,了解不同存储空间的操作指令和控制信围,了解不同存储空间的操作指令和控制信号。号。4.熟悉熟悉AT89C51片内片内RAM低低128B分区结构和作分区结构和作用。用。5.了解特殊功能寄存器地址分布范围,理解了解特殊功能寄存器地址分布范围,理解ACC、B、SP、DPTR的作用和功能,重点掌握的作用和功能,重点掌握PSW结构结构 组成和各位作用。组成和各位作
2、用。通过本章教学,要求达到以下目标:第1页/共83页 6.理解程序计数器理解程序计数器PC的功能。的功能。7.了解了解AT89C51 4个个I/O端口结构及工作原理。端口结构及工作原理。8.理解在扩展外存储器情况下,理解在扩展外存储器情况下,P0、P2及及 P3口的功能作用。口的功能作用。9.了解堆栈指针了解堆栈指针SP及堆栈的作用;及堆栈的作用;10.掌握堆栈的设置及使用方式;掌握堆栈的设置及使用方式;11.熟悉熟悉AT89C51复位条件、复位电路和复位复位条件、复位电路和复位后后 常用的常用的SFR的状态。的状态。12.理解时钟电路组成、时钟和机器周期的概理解时钟电路组成、时钟和机器周期的
3、概念。念。第2页/共83页课前预习和复习检测课前预习和复习检测1号题号题2号题号题3号题号题4号题号题5号题号题6号题号题7号题号题8号题号题9号题号题第3页/共83页温故知新温故知新检测检测 微机中常用的进制有哪些?微机中常用的进制有哪些?各有何特点?各有何特点?1号题号题第4页/共83页温故知新温故知新检测检测 什么是什么是BCD码和码和BCD数?数?BCD数的加减运算有何特点?数的加减运算有何特点?2号题号题第5页/共83页温故知新检测温故知新检测 什么是原码、反码和补码?什么是原码、反码和补码?3号题号题第6页/共83页温故知新温故知新检测检测4号题号题1101101.1011B=?H
4、第7页/共83页温故知新温故知新检测检测5号题号题AT89C51系列单片机内部系列单片机内部包含哪些主要功能部件?包含哪些主要功能部件?第8页/共83页温故知新温故知新检测检测 程序计数器程序计数器PC的作用是什么?的作用是什么?6号题号题第9页/共83页温故知新温故知新检测检测AT89C51的的 CPU主主 要要由哪几部分组成由哪几部分组成?7号题号题第10页/共83页温故知新温故知新检测检测单片机单片机CPU运算器的核心运算器的核心部件是什么?部件是什么?其主要功能有哪些?其主要功能有哪些?8号题号题第11页/共83页温故知新温故知新检测检测AT89C51单片机内部单片机内部有多少字节的有
5、多少字节的RAM和和FlashROM?9号题号题第12页/共83页2.1 AT89C51单片机的结构单片机的结构AT89AT89系列单片机在内部结构上基本相同,其中系列单片机在内部结构上基本相同,其中不同型号的单片机只不过在个别模块和功能方面有些不同型号的单片机只不过在个别模块和功能方面有些区别。区别。AT89C51AT89C51单片机内部硬件结构框图如图单片机内部硬件结构框图如图2.12.1所示。所示。它由一个它由一个8 8位中央处理器(位中央处理器(CPUCPU)、一个)、一个256B256B片内片内RAMRAM及及4KBFlashROM4KBFlashROM、2121个特殊功能寄存器、个
6、特殊功能寄存器、4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O口、两个口、两个1616位定时位定时/计数器、一个串行计数器、一个串行I/OI/O口以及中断系统等部分组成,各功能部件通过片内单口以及中断系统等部分组成,各功能部件通过片内单一总线联成一个整体,集成在一块芯片上。一总线联成一个整体,集成在一块芯片上。第13页/共83页2.1 AT89C51单片机的结构单片机的结构时序和振荡电路程序存储器ROM数据存储器RAM2个16位定时/计数器CPU内部8位数据总线中断系统并行I/O口串行I/O口内内部部中中断断外部中断外部中断 P0 P1 P2 P3 RXD TXD时钟源时钟源外部事件外部事件图图2.
7、1 AT89C51单片机内部结构框图单片机内部结构框图第14页/共83页RAM128BRAM地址寄存器P3口P1口P2口P0口锁存器锁存器锁存器锁存器中断定时/计数器串行口SPBACC暂存器1暂存器2PSW指令寄存器IR指令译码器IDDPL缓冲器程序计数器PCPC增量器地址寄存器AR定时与控制4KROMALUALUDPH运算器控制器存储器I/O接口图图2.2 AT89C51单片机的内部结构示意单片机的内部结构示意第15页/共83页 中央处理器中央处理器(CPU)CPUCPU是单片机内部的核心部件,是一个是单片机内部的核心部件,是一个8 8位二进制数的中央处理单元,主要由位二进制数的中央处理单元
8、,主要由运算器运算器、控制器控制器和寄存器阵列构成。和寄存器阵列构成。1.运算器运算器 运算器用来完成算术运算和逻辑运算运算器用来完成算术运算和逻辑运算功能,它是功能,它是AT89C51AT89C51内部处理各种信息的主内部处理各种信息的主要部件。运算器主要由算术逻辑单元要部件。运算器主要由算术逻辑单元(ALU)(ALU)、累加器累加器(ACC)(ACC)、暂存寄存器、暂存寄存器(TMP1(TMP1、TMP2)TMP2)和和状态寄存器状态寄存器(PSW)(PSW)组成。组成。第16页/共83页1.运算器运算器 (1)算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU):AT89C51中的中的ALU由加法器和一个
9、布尔处理器组成。由加法器和一个布尔处理器组成。(2)累加器累加器(ACC):用来存放参与算术运算和:用来存放参与算术运算和逻辑运算的一个操作数或运算的结果。逻辑运算的一个操作数或运算的结果。(3)暂存寄存器暂存寄存器(TMP1、TMP2):用来存放:用来存放参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数,它参与算术运算和逻辑运算的另一个操作数,它对用户不开放。对用户不开放。(4)状态寄存器状态寄存器(PSW):PSW是一个是一个8位标志位标志寄存器,用来存放寄存器,用来存放ALU操作结果的有关状态。操作结果的有关状态。第17页/共83页表表2.1 PSW各位定义表各位定义表位编号PSW7PSW6PSW5
10、PSW4PSW3PSW2PSW1PSW0位定义CYCYACF0RS1RS0OVP位地址D7HD6HD5HD4HD3HD2HD1HD0H 进位标志位进位标志位CY:表示累加器:表示累加器A在加减运算过程中其最高位在加减运算过程中其最高位 A7有无有无 进位或借位。进位或借位。辅助进位位辅助进位位AC:表示累加器:表示累加器A在加减运算时低在加减运算时低4位位(A3)有无向高有无向高4 位位(A4)进位或借位。进位或借位。用户标志位用户标志位F0:是用户定义的一个状态标志位,根据需要可以用:是用户定义的一个状态标志位,根据需要可以用 软件来使它置位或清除。软件来使它置位或清除。第18页/共83页
11、1.运算器运算器寄存器选择位RS1、RS0:AT89C51共有四组,每组八个工作寄存器R0R7。编程时用于存放数据或地址。但每组工作寄存器在内部RAM中的物理地址不同。RS1和RS0的四种状态组合就是用来确定四组工作寄存器的实际物理地址的。RS1、RS0状态与工作寄存器R0R7的物理地址关系如表2.2 所示。第19页/共83页表表2.2 工作寄存器组工作寄存器组R0R7的物理地址的物理地址RS1 RS0工作寄存器组号工作寄存器组号R0R1的物理地址的物理地址0 00 11 01 1012300H 07H08H 0FH10H 17H18H 1FH 溢出标志位溢出标志位OV:当执行算术指令时,由硬
12、件自动置位或:当执行算术指令时,由硬件自动置位或 清零,表示累加器清零,表示累加器A的溢出状态。的溢出状态。奇偶标志位奇偶标志位P:用于指示运算结果中:用于指示运算结果中1的个数的奇偶性,的个数的奇偶性,若累加器若累加器A中中1的个数为奇数,则的个数为奇数,则P=1;若;若1的个数为偶的个数为偶 数,则数,则P=0。第20页/共83页2.控制器 控制器是单片机内部按一定时序协调工控制器是单片机内部按一定时序协调工作的控制核心,是分析和执行指令的部件。作的控制核心,是分析和执行指令的部件。控制器主要由程序计数器控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器指令寄存器IR、指令译码器指令译码器ID和和定时
13、控制逻辑电路定时控制逻辑电路等构成。等构成。程序计数器程序计数器PC是专门用于存放现行指令是专门用于存放现行指令的的16位地址的。位地址的。CPU就是根据就是根据PC中的地址到中的地址到ROM中去读取程序指令码和数据,并送给指中去读取程序指令码和数据,并送给指令寄存器令寄存器IR进行分析。进行分析。第21页/共83页2.控 制 器 指令寄存器指令寄存器IR用于存放用于存放CPU根据根据PC地址从地址从ROM中读出的指令操作码。中读出的指令操作码。指令译码器指令译码器ID是用于分析指令操作的部件,是用于分析指令操作的部件,指令操作码经译码后产生相应于某一特定操作指令操作码经译码后产生相应于某一特
14、定操作的信号。的信号。定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序定时控制逻辑中定时部件用来产生脉冲序列和多种节拍脉冲。列和多种节拍脉冲。第22页/共83页3寄存器阵列 寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元寄存器阵列是单片机内部的临时存储单元或固定用途单元,包括通用寄存器组和专用寄或固定用途单元,包括通用寄存器组和专用寄存器组。存器组。通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地通用寄存器组用来存放过渡性的数据和地址,提高址,提高CPU的运行速度。的运行速度。专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令专用寄存器组主要用来指示当前要执行指令的内存地址,存放特定的操作数,指示指令运的内存地址,存放特定的操作数,指示指
15、令运行的状态等。行的状态等。第23页/共83页存储器存储器 AT89C51单片机内部有单片机内部有256个字节的个字节的RAM数据数据存储器和存储器和4KB的闪存程序存储器的闪存程序存储器(Flash),当不够,当不够使用时,可分别扩展为使用时,可分别扩展为64 KB外部外部RAM存储器和存储器和64 KB外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的,外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的,并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单片机称为哈佛型结构单片机。片机称为哈佛型结构单片机。程序存储器程序存储器是可读不可写的,用于存放编好是可读不可写的,用于存放编好
16、的程序和表格常数。的程序和表格常数。数据存储器是既可读也可写的,用于存放运数据存储器是既可读也可写的,用于存放运算的中间结果,进行数据暂存及数据缓冲等。算的中间结果,进行数据暂存及数据缓冲等。第24页/共83页 AT89C51单片机对外部电路进行控制或单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过交换信息都是通过I/O端口进行的。单片机的端口进行的。单片机的I/O端口分为并行端口分为并行I/O端口和串行端口和串行I/O端口,它端口,它们的结构和作用并不相同。们的结构和作用并不相同。1并行并行I/O端口端口 AT89C51有有四个四个8位位并行并行I/O端口,分别端口,分别命名为命名为P0口、口、P
17、1口、口、P2口和口和P3口,它们都是口,它们都是 8位准双向口,每次可以并行输入或输出位准双向口,每次可以并行输入或输出8位位二进制信息。二进制信息。端口端口第25页/共83页AT89C51有一个全双工的可编程串行I/O端口,它利用了P3口的第二功能,即将P3.1引脚作为串行数据的发送线TXD,将P3.0引脚作为串行数据的接收线RXD。2串行串行I/OI/O端口端口第26页/共83页定时器定时器/计数器计数器 AT89C51内部有两个内部有两个16位可编程定时器位可编程定时器/计计数器,简称为定时器数器,简称为定时器0(T0)和定时器和定时器1(T1),T0和和T1分别由两个分别由两个8位寄
18、存器构成,其中位寄存器构成,其中T0由由TH0(高高8位位)和和TL0(低低8位位)构成,构成,T1由由TH1(高高8位位)和和TL1(低低8位位)构成。构成。TH0、TL0、TH1、TL1都是都是SFR中的特殊功能寄存器。中的特殊功能寄存器。T0和和T1在在TCON和和TMOD的控制下可工作的控制下可工作在定时器模式或计数器模式下,每种模式下又在定时器模式或计数器模式下,每种模式下又有不同的工作方式。当定时或计数溢出时还可有不同的工作方式。当定时或计数溢出时还可申请中断。详细情况参见第申请中断。详细情况参见第6章。章。第27页/共83页中断系统中断系统 单片机中的中断是指单片机中的中断是指C
19、PU暂停正在执行的原暂停正在执行的原程序转而为中断源服务程序转而为中断源服务(执行中断服务程序执行中断服务程序),在,在执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。执行完中断服务程序后再回到原程序继续执行。中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的部中断系统是指能够处理上述中断过程所需要的部分电路。分电路。AT89C51的中断系统由中断源、中断允许的中断系统由中断源、中断允许控制器控制器IE、中断优先级控制器、中断优先级控制器IP、定时器控制器、定时器控制器TCON(中断标志寄存器中断标志寄存器)等构成,等构成,IE、IP、TCON均为均为SFR特殊功能寄存器特殊功能寄存器(见表见表2.2)。第2
20、8页/共83页内部总线内部总线 总线是用于传送信息的公共途径。总线总线是用于传送信息的公共途径。总线可分为可分为数据总线、数据总线、地址总线地址总线和和控制总线。单控制总线。单片机内的片机内的CPU、存储器、存储器、I/O接口等单元部件接口等单元部件都是通过总线连接到一起的。采用总线结构都是通过总线连接到一起的。采用总线结构可以减少信息传输线的根数,提高系统可靠可以减少信息传输线的根数,提高系统可靠性,增强系统灵活性。性,增强系统灵活性。AT89C51单片机内部总线是单总线结构,单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的。即数据总线和地址总线是公用的。第29页/共83页2.2 A
21、T89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功能 AT89C51有有40条引脚,与其他条引脚,与其他51系列系列单片机引脚是兼容的。这单片机引脚是兼容的。这40条引脚可分为条引脚可分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。其封装形式有两种:双列直插封四部分。其封装形式有两种:双列直插封装装(DIP)形式和方形封装形式,如图形式和方形封装形式,如图2.2所所示。示。第30页/共83页图图2.2 AT89C51封装和引脚分配图封装和引脚分配图(a)双列直插式封装双列直插式封装 (b)方形封装方形封装2.2 AT89C51单片机引脚及其功能单片机引脚及其功
22、能AT89C51AT89C51第31页/共83页 1P0口口 P0口有八条端口线,命名为口有八条端口线,命名为P0.0P0.7,其中其中P0.0为为低位低位,P0.7为为高位高位。每条线的。每条线的结构组成如图结构组成如图2.3所示。它由一个输出锁存器,所示。它由一个输出锁存器,两个三态缓冲器,输出驱动电路和输出控制两个三态缓冲器,输出驱动电路和输出控制电路组成。电路组成。P0口是一个口是一个三态双向三态双向I/O口口,它,它有两种不同的功能,用于不同的工作环境。有两种不同的功能,用于不同的工作环境。端口功能端口功能第32页/共83页图图2.3 P0口位结构图口位结构图1P0口口第33页/共8
23、3页 P1口有八条端口线,命名为口有八条端口线,命名为P1.0P1.7,每条线的结构组成如图每条线的结构组成如图2.4所示。所示。P1口是一个口是一个准双向口,只作普通的准双向口,只作普通的I/O口使用,其功能与口使用,其功能与P0口的第一功能相同。作输出口使用时,由口的第一功能相同。作输出口使用时,由于其内部有上拉电阻,所以不需外接上拉电于其内部有上拉电阻,所以不需外接上拉电阻;作输入口使用时,必须先向锁存器写入阻;作输入口使用时,必须先向锁存器写入“1”,使场效应管,使场效应管T截止,然后才能读取数截止,然后才能读取数据。据。2.P1口口第34页/共83页图图2.4 P1口位结构图口位结构
24、图2.P1口口第35页/共83页 P2P2口有八条端口线,命名为口有八条端口线,命名为P2.0P2.0P2.7P2.7,每条线的结构如图,每条线的结构如图2.52.5所示。所示。P2P2口也口也是一个准双向口,它有两种使用功能:一种是一个准双向口,它有两种使用功能:一种是当系统不扩展外部存储器时,作普通是当系统不扩展外部存储器时,作普通I/OI/O口口使用,其功能和原理与使用,其功能和原理与P0P0口第一功能相同,口第一功能相同,只是作为输出口时不需外接上拉电阻;另一只是作为输出口时不需外接上拉电阻;另一种是当系统外扩存储器时,种是当系统外扩存储器时,P2P2口作系统扩展口作系统扩展的地址总线
25、口使用,输出高的地址总线口使用,输出高8 8位的地址位的地址A A7 7A A1515,与,与P0P0口第二功能输出的低口第二功能输出的低8 8位地址相配位地址相配合,共同访问外部程序或数据存储器合,共同访问外部程序或数据存储器(64(64 KB)KB),但它只确定地址并不能像,但它只确定地址并不能像P0P0口那样还可口那样还可以传送存储器的读写数据。以传送存储器的读写数据。3.P2口口第36页/共83页图图2.5 P2口位结构图口位结构图3.P2口第37页/共83页 P3口有八条端口线,命名为口有八条端口线,命名为P3.0P3.7,每条线的结构如图,每条线的结构如图2.6所示。所示。P3口是
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